Technológiai forradalom küszöbén a napelempiac – jönnek az átlátszó panelek

Hiába tűnik meggyőzőnek a napenergia és a megújuló energiaforrások előretörése, a klímacélok eléréséhez fokozni kell a tempót, létfontosságú a hatásfok javítása. Szerencsére a technológiai fejlődés első vonalában szerepel a napenergia, így igen kecsegtető fejlesztések láttak napvilágot.

Kapcsolódó bejegyzések

Megújuló energiára épülő világgazdaság – fantázia vagy lehetőség?

Megvan a lehetőség, hogy az egész világ megújuló energiára épüljön. Ehhez azonban sok mindennek változnia kell.

A fosszilis energiával ma már versenyképes árú napenergia- és szélenergia-technológiák globális telepített kapacitása a jelenlegi trend folytatódása esetén – 2020 és 2025 között – megduplázódhat (1123 GW-ra), ezzel az 5 év alatt létrejövő új villamosenergia-termelő kapacitások 95 százalékát a nap- és a szélerőművek fogják kitenni. A Nemzetközi Energiaügynökség (IEA) szerint az összesített beépített teljesítményük 2023-ban meghaladhatja a gázerőművek, 2024-ben pedig a szénerőművek kapacitását. Az elmúlt években látható előretörésük ellenére a nap- és a szélenergia a globális energiaellátásnak csak néhány százalékát biztosítja.

Napelem nem csak a szárazföldön

A felszíni vizekben nagy energiapotenciál lakozik. A hullám- és dagályerőművek kapcsán már volt szó az úgynevezett offshore tengeri erőművekről. Az offshore úszó rendszerek napelemeknél is használhatóak. Az úszó napelemes rendszerek 2030 körül érhetik el azt az érettségi és költségszintet, amely mellett már érdemben hozzájárulhatnak akár a kevésbé napsütéses Északi-tenger megújulóenergia-termeléséhez is. A szél- és a napenergia-technológiák a tengeren is egymást kiegészítő megoldások lehetnek, mivel termelési kapacitásuk jellemzően nem egyszerre jár csúcsra. Azon túl, hogy az offshore lebegő naperőművek teljes élettartamra számított költsége (LCOE) 2030 körül már közel olyan alacsony lehet, mint a szárazföldre telepített napelemfarmoké, előnyük is van az utóbbiakkal szemben.

Az Utrechti Egyetem szerint a tengerre telepített naperőművek közel 13 százalékkal több áram termelésére képesek, nagyrészt a tenger hűtő hatása miatt. Ez ugyanis megakadályozza a fotovoltaikus panelek hatékonyságot csökkentő hevülését. Az édesvízi úszó naperőművek már napjainkban is viszonylag elterjedtek például Indiában, ahol az értékes termőföld elfoglalása nélkül biztosítanak villamos energiát, miközben a víz párolgását is csökkentik. Igaz, ezek ma még jóval drágábbak, mint a földre telepített rendszerek.

Harc a százalékokért

A napenergia terjedése szempontjából kulcsfontosságú a napelemek konverziós – vagyis a fényenergia elektromos energiává történő átalakításának a – hatékonysága. A folyamatos és intenzív innováció újabb és újabb rekordokat eredményez. Az ezen a téren elért egy-két tized százalékpontos előrelépésnek is óriási jelentősége van, hiszen a hatékonyság még mindig viszonylag alacsony. Az elmúlt időszakban folytatódott a csúcsdöntögetés, így az egymással versengő különféle technológiák közül többet is sikerült magasabb szintre emelni. A szilícium napelemek technológiai fejlődése az elmúlt évtizedben igencsak látványos áresést hozott.

A napelemek következő generációját valószínűleg a perovszkit felhasználásával készülő panelek jelentik majd. Az Oxfordi Egyetem kutatói 2020 végén új világrekordnak számító 29,52 százalékos hatékonyságot értek el a perovszkit fóliával bevont szilícium napelemekkel. De a fejlesztők szerint nem lehetetlen a 40 százalékos átváltási arány elérése, sőt jelentős mértékű meghaladása sem. Összevetésül: a piacon domináló monokristályos napelemek hatékonysága az elmúlt évtizedben sokat javult a technológia tömeges elterjedésének köszönhető tanulási folyamat eredményeképpen, azonban a 2022-re várható 24 százalékos átváltási arány már közel van az elméleti maximumnak tekintett 26 százalékos szinthez. A jóval kedvezőbb kilátásokkal kecsegtető szintetikus perovszkit olcsó, erős és lényegében teljes mértékben helyettesítheti a szilíciumot, ráadásul jóval kevesebb kell belőle egységnyi napelemhez. Ez pedig további lendületet adhat a költségcsökkenésnek.

A napfényt az úgynevezett több csomópontú napelemek akár 47,1 százalékos hatékonysággal alakítják villamos energiává laboratóriumi körülmények között. Ezek azonban rendkívül magas előállítási költségük miatt a tömegtermelésre egyelőre nem tűnnek alkalmasnak. A fotovoltaikus technológiák fejlesztése terén folyó heves innovációs versenyt az Egyesült Államok energiaügyi minisztériumához tartozó National Renewable Energy Laboratory (NREL) grafikonja is jól érzékelteti.

Átlátszó, hajlítható és cserépbe épített napelemek

A különféle alkalmazási célokra fejlesztett technológiák közül említést érdemelnek például az átlátszó napelemek, amelyek épületek ablakaiba építve az üveg energiatermelő alternatíváiként szolgálhatnak. A Michigani Egyetem kutatói által fejlesztett csúcstartó átlátszó napelem a fény 43,3 százalékát átereszti, és 8,1 százalékos hatékonyságú; szén alapú és nagy mennyiségben gyártható a többi átlátszó napelemhez képest kevésbé mérgező anyagok felhasználásával. Az összefoglaló néven épületbe integrálható napelemes megoldásokként (BIPV) ismert technológiák köre rendkívül széles. Az intelligens üvegen kívül ide tartozik egyebek mellett a napelemes cserép, de ezeknél is sokoldalúbban felhasználhatóak az átlátszó vékonyfilm napelemek, a mini fotovoltaikus modulok vagy az átlátszó hajtogatható napelemek.

A napelemes technológiákkal kapcsolatos fejlesztő tevékenység egyéb területekre, így a gyártásra is kiterjed. A HighLine Technology nevű német cég érintés nélküli, anyag- és költségtakarékos – vagyis a korábbiaknál fenntarthatóbb – napelemgyártási eljárást fejlesztett ki. Ennek során a szilícium napelemcella felső részén található áramelvezető érintkező rácsozatot – a hagyományos szitanyomás helyett – olyan apró fúvókákon keresztül nyomtatják a felületre, amelyek átmérője fele a hajszálénak. A létrejövő kontaktusrács vékonyabb, így a félvezetőből kisebb felületet takar ki a napfény elől, ráadásul ezáltal a költséges ezüstből mintegy 20 százalékkal kevesebbet kell felhasználni. Orosz tudósok pedig olyan filmréteget találtak fel, amely megóvja a napelemeket a túlhevüléstől, ráadásul a fejlesztők szerint az alacsony költséggel előállítható technológia felhős időben akár a modul hatékonyságát is javíthatja.